操作系统 分段

在操作系统中，分段是一种内存管理技术，将内存分成变量大小的部分。每个部分被称为一个段，可以分配给一个进程。

关于每个段的详细信息存储在一个称为段表的表中。段表存储在一个（或多个）段中。

段表主要包含两个关于段的信息：

1. 基址：段的基地址
2. 限制：段的长度

为什么需要分段

到目前为止，我们一直使用分页作为我们的主要内存管理技术。分页更加接近于操作系统，而不是用户。它将所有进程分段成页的形式，而不考虑一个进程可以有一些需要加载在同一页的相关部分。

操作系统不关心用户对进程的视图。它可能将相同的功能分段成不同的页面，这些页面可能会或可能不会同时加载到内存中。这降低了系统的效率。

最好使用分段将进程分成段。每个段包含相同类型的功能，例如主函数可以包含在一个段中，库函数可以包含在另一个段中。

通过段表将逻辑地址转换为物理地址

CPU生成一个包含两个部分的逻辑地址：

1. 段号
2. 偏移量

   例如：

假设使用16位地址，其中4位用于段号，12位用于段偏移量，因此最大段大小为4096，可以引用的段的最大数量为16。

当程序加载到内存中时，分段系统试图找到足够大的空间来容纳进程的第一个段，空间信息是从内存管理器维护的空闲列表中获得的。然后它尝试为其他段找到空间。一旦为所有段定位到足够的空间，就会将它们加载到各自的区域。

操作系统还为每个程序生成一个段映射表。

在程序执行过程中，借助段映射表和硬件辅助，操作系统可以轻松地将逻辑地址转换为物理地址。

段号 映射到段表。与偏移量进行比较来判断该地址是否有效。如果偏移量小于限制，则地址有效；否则，将抛出错误，因为地址无效。

对于有效地址，将段的基地址与偏移量相加以获取主内存中实际单词的物理地址。

上图显示了在分段的情况下如何进行地址转换。

分段的优势

1. 无内部碎片
2. 平均段大小大于实际页面大小
3. 开销较小
4. 重新定位段比重新定位整个地址空间更容易
5. 段表比分页中的页表要小

分段的劣势

1. 可能存在外部碎片
2. 为变长分区分配连续内存较困难
3. 内存管理算法较昂贵